Universidade Federal de Paraná
Setor de Tecnologia
Departamento de Engenharia Elétrica
Capítulo: 4
Planejamento das Energias Renováveis:
Solar e Eólica
Parte V
Prof.: Clodomiro Unsihuay-Vila
Energia Fotovoltaica no Mundo
Energia Fotovoltaica no Mundo
Energia Fotovoltaica no Mundo
Mercado de Sistemas Fotovoltaicos
• Energia Fotovoltaica (reportagem 10 min.):
• https://www.youtube.com/watch?v=gzyit0sJc
oU
• MPX - Ceará tem primeira usina de energia
solar do Brasil (21 Min):
• https://www.youtube.com/watch?v=N9mxM
_KbqaY
Energia Fotovoltaica
Energia Fotovoltaica
Energia Fotovoltaica
• Irradiança (Radiaçao):
• Potencia por metro quadrado W/m2. Uma
densidade de Potencia.
• Insolação(Irradiação): Energia por metro
quadrado durante um período de tempo,
recebida pelo sol ao nivel do solo em
determinado local. Exemplo Wh/m2/dia.
• Onde conseguir esses dados:
– Mapas de insolação. Estudos de potencial solar.
– Base de dados: Sundata, calculadora solar, Radiasol,
SWERA.
– Medições usando transdutores apropriados.
• Ainda segundo NOTA TÉCNICA EPE - Análise da Inserção da Geração Solar
na Matriz Elétrica Brasileira (2012), a irradiação média anual brasileira
varia entre 1.200 e 2.400 kWh/m2/ano, valores que são significativamente
superiores a maioria dos paises europeus, cujas estatísticas indicam
intervalos entre 900 e 1.250 kWh/m2/ano na Alemanha, entre 900 e 1.650
kWh/m2/ano na França e entre 1.200 e 1.850 kWh/m2/ano na Espanha.
• Mesmo sendo bastante inferior às áreas de maior insolação, como as
regiões secas de baixas latitudes como o nordeste brasileiro, Curitiba
apresenta uma média de irradiação solar superior à Alemanha, que é
ícone mundial em produção e consumo de energia solar fotovoltaica e em
2009 contava com cerca de 15 GW de potência instalados,
correspondendo a cerca de 53% do potencial instalado mundial (EPIA,
2011).
Movimentos da Terra
• http://www.youtube.com/watch?v=HB9Eol7CGI
Ângulo azimutal
• A incidência dos raios solares na terra forma um ângulo
que quando comparado com o norte geográfico é
chamado de azimutal, mudando com o passar do dia
em função da trajetória do sol, ou seja, um observador
localizado no hemisfério sul olhando para o Norte,
observará o Sol com ângulos variáveis ao longo do dia.
• Sendo que ao meio dia solar o ângulo azimutal será
nulo ou zero estando o Sol exatamente em sua frente.
Para observadores no hemisfério norte, o ângulo
azimutal é tomado em relação ao sul geográfico.
• Para a correta instalação do módulo fotovoltaico deve-se
levar em consideração o movimento do sol. Se um módulo
for instalado com sua face voltada para o Leste, receberá
raios solares apenas no período da manha, de maneira
análoga se instalado com sua face voltada para o Oeste,
receberá os raios solares apenas no período da tarde,
gerando desta forma energia em apenas uma parte do dia.
• Assim conclui-se que a melhor forma é instalar o módulo
com sua face captora voltada para o norte geográfico,
resultando em um melhor aproveitamento da luz solar, pois
há raios incidindo nos módulos durante todo o dia.
• Para encontrar o norte geográfico pode-se utilizar uma
bússola, pois a agulha da mesma sempre fica alinhada no
sentido das linhas de campo magnético da Terra, porém
para descobrir a direção do norte geográfico deve-se
utilizar um mapa ou uma tabela com os ângulos de
correção, estes ângulos variam com a localização geográfica
Altura solar
• A trajetória do Sol varia ao longo do ano, sendo que o Sol
nasce e se põe em diferentes pontos do céu, isso ocorre
devido ao ângulo de declinação solar. Essa variação da
trajetória do Sol faz com que o mesmo tenha diferentes
alturas no céu, sendo que no verão a altura do Sol é maior,
o que significa que os raios incidem na terra com um
ângulo azimutal menor e percorrem uma massa de ar
reduzida. Já no inverno ocorre o oposto.
• O ângulo que a trajetória do Sol faz com o plano horizontal
é chamado de ângulo da altura solar . Este ângulo depende
também da posição geográfica, sendo que quanto mais
próximo a linha do equador maior a altura solar, o oposto
ocorre quando aproxima-se dos pólos.
Ângulo de incidência dos raios solares
• A forma como os raios solares incidem na
superfície do módulo varia com vários fatores.
O ângulo β de incidência dos raios solares
sobre a superfície é definido em relação à reta
perpendicular à superfície do módulo. Este
ângulo varia com a variação do ângulo da
altura solar . Tem-se o melhor aproveitamento
quando o ângulo β é zero, ou seja, a incidência
dos raios é perpendicular ao módulo.
Escolha do ângulo de inclinação dos
módulos solar
• Mecanismo de seguidor solar são justificados em
aplicações de grande porte, com volume de
energia gerada elevada.
• Em sistemas de pequeno porte ângulo de
inclinação do painel fixo apresentam o melhor
custo benefício. Por isso, para se obter o melhor
rendimento é fundamental que os módulos
sejam instalados com ângulos α adequados, pois
este muda conforme a localização do painel.
Escolha do ângulo de inclinação dos
módulos solar
• É importante ressaltar que não se aconselha a
instalação com ângulos menores que 10º para
evitar o acúmulo de poeira sobre o módulo.
• É importante ressaltar que não se aconselha a
instalação com ângulos menores que 10º para
evitar o acúmulo de poeira sobre o módulo.
Escolha do ângulo de inclinação dos módulos solar
• Exemplo: Centro Politécnico tem uma latitude
de 25 S. Logo o ângulo de inclinação alfa
recomendado é 30 graus.
Resumindo:
• Orientar o módulo com sua fase voltada para
o norte geográfico.
• Ajustar o ângulo de inclinação do módulo
com relação ao solo.
Energia Solar Fotovoltáica
Tecnologias de Celulas Fotovoltaicas
• https://www.youtube.com/watch?v=ZDnCiBl6
lmI
• https://www.youtube.com/watch?v=XK6ylmG
m74k
• Discovery:
• https://www.youtube.com/watch?v=lI4587Y8j
FE
O efeito fotovoltaico
• O efeito fotovoltaico ocorre quando a luz incide em um
material semicondutor específico, como a célula
fotovoltaica.
• Nela, o material semicondutor é composto por silício e
recebe propriedades dopantes que o dividem eu duas
camadas: de material N e de material P.
• O material N possui um excedente de elétrons e o material
P apresenta falta de elétrons.
• Devido à diferença de concentração de elétrons nas duas
camadas de materiais, os elétrons da camada N fluem para
a camada P e criam um campo elétrico dentro de uma zona
de depleção, também chamada de barreira de potencial, no
interior da estrutura da célula.
O efeito fotovoltaico
• A camada superior de material N de uma célula
fotovoltaica é tão fina que a luz pode penetrar
nesse material e descarregar sua energia sobre os
elétrons, fazendo com que eles tenham energia
suficiente para vencer a barreira de potencial e
movimentar-se da camada P para a camada N.
• Os elétrons em movimento são coletados pelos
eletrodos metálicos da célula fotovoltaica.
• Se houver um circuito fechado, os elétrons vão
circular em direção aos eletrodos da camada P,
formando assim uma corrente elétrica.
Fonte: Prof. Gonzales.
Painel Fotovoltaico
Tecnologias de Celulas Fotovoltaicas
Silício Monocristalino
• A célula de silício monocristalino é a mais amplamente utilizada
comercialmente, de processo construtivo relativamente simples e
boa eficiência comparada às células de cristal policristalino e
amorfo, entre 12% e 16% para uso comercial.
• O silício é fundido juntamente com uma pequena quantidade de
dopante tipo P, normalmente o Boro, e então cortada em finas
fatias de aproximadamente 0,3 mm. Após o corte e limpeza de
impurezas, é adicionado o dopante tipo N.
• Uma célula monocristalina tem aspecto uniforme, podendo
apresentar coloração azulada ou preta, dependendo do tipo de
tratamento antirreflexivo empregado. As células de silício
monocristalino são as mais eficientes disponíveis comercialmente
em larga escala.
Silício Policristalino
• O silício policristalino tem um processo de fabricação
mais simples, que utiliza temperaturas mais baixas do
que as empregadas na fabricação do silício
monocristalino o que acarreta uma perda na eficiência,
chegando no máximo a 12,5%, mas ganha-se no baixo
custo de fabricação.
• Os módulos fotovoltaicos policristalinos têm eficiências
ligeiramente inferior às dos seus concorrentes
monocristalinos,
entretanto, as duas tecnologias
coexistem no mercado e apresentam relações custobenefício muito próximas.
Sistemas Fotovoltaicos
• As células fotovoltaicas, devido a suas
dimensões construtivas, apresentam baixa
tensão e corrente de saída, tipicamente 3 A e
0,7 V para células de silício monocristalino.
Sendo assim, agrupam-se várias células
fotovoltaicas para compor um módulo
fotovoltaico. Este arranjo geralmente é feito
em série, para se obter uma tensão de saída
mais elevada e compatível com as tensões de
consumo, geralmente 12 ou 24 V.
Módulos fotovoltaicos
• A célula fotovoltaica é o menor dispositivo fotovoltaico existente.
• Uma célula produz pouca eletricidade, então várias células são
ligadas sem série para produzir painéis ou módulos fotovoltaicos.
• Um módulo fotovoltaico é composto de um número de células
coladas sobre uma estrutura rígida e ligadas eletricamente em série
para proporcionar tensões de saída maiores.
• Os módulos fotovoltaicos de silício cristalino encontrados no
mercado, como os ilustrados na Figuras, apresentam potências de
pico entre 85 W e 255 W. Suas tensões máximas de saída em
circuito aberto vão até aproximadamente 37 V e podem fornecer
em torno de 8,5 A de corrente elétrica.
Módulos fotovoltaicos
Módulos fotovoltaicos
Características dos Módulos
Fotovoltaicos
Características dos Módulos
Fotovoltaicos
Características dos Módulos
Fotovoltaicos
Características dos Módulos
Fotovoltaicos
Características dos Módulos
Fotovoltaicos
• O módulo de silício monocristalino tem como
referência comercial o modelo HIP-215NKHE5 do
fabricante SANYO, já o módulo de silício policristalino
tem como referência comercial o modelo KD70SX-1P
do fabricante KYOCERA.
• Outra informação importante na hora de especificar os
módulos fotovoltaicos é a dependência da tensão e da
corrente em função do nível de irradiação solar e a
temperatura de operação do módulo. Estas
informações são importantes para dimensionar
corretamente os inversores, uma vez que estes
apresentam uma faixa de tensão e corrente em que
operam com a máxima eficiência.
Sistemas Fotovolticos
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https://www.youtube.com/watch?v=6-uHVh5DLY4
https://www.youtube.com/watch?v=TQClrWPcQuw
https://www.youtube.com/watch?v=UI_gievm4Js
https://www.youtube.com/watch?v=3dQ1doUa7lI
https://www.youtube.com/watch?v=KByyR8vKinw
https://www.youtube.com/watch?v=e4I3CKBbYuU
• https://www.youtube.com/watch?v=PCSFKqNBCJw
SFV Isolados ou Autonomos
Energia solar fotovoltaica – sistemas
conectados à rede elétrica
SFV conectados à rede elétrica
• https://www.youtube.com/watch?v=6OFJHUHYB
WU
• https://www.youtube.com/watch?v=Jx0lQLavtkA
• https://www.youtube.com/watch?v=ee5CSzJLWK
U
• https://www.youtube.com/watch?v=gzyit0sJcoU
• https://www.youtube.com/watch?v=PCSFKqNBCJ
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